工業用コーティング分野における排ガス廃熱回収のプロセス原理と利用方法

産業塗装分野において、排ガス廃熱回収技術は塗装工程で発生する廃ガス（排ガス）から熱を回収することで、エネルギー消費量を削減し、エネルギー利用効率を向上させる省エネ・環境に優しい技術です。排ガス廃熱回収のプロセス原理と主な利用方法は次のとおりです。

プロセス原理

1. カロリー源コーティング工程では、乾燥炉、焼却炉（RTO/TOなど）などの設備から高温の排気ガス（通常100～400℃以上）が発生し、大量の熱エネルギーを含有します。
2. 廃熱回収：排ガス中の熱を熱交換装置（熱交換器など）を通じて他の媒体（空気、水、熱媒油など）に伝達し、熱回収を実現します。
3. 熱伝達メカニズム：
   • 対流熱伝達高温の排気ガスが熱交換器の冷たい媒体と直接または間接的に接触し、対流によって熱が伝達されます。
   • 放射熱伝達: 高温条件下では、煙道ガスは放射によっていくらかの熱を伝達する可能性があります。
4. システム設計廃熱回収システムには通常、効率的な熱伝達とシステムの安全な動作を確保するための熱交換器、パイプ、ファン、制御システムなどが含まれます。

主な使用方法

1. 新鮮な空気を予熱する：
   • プロセス: 排気ガスの熱は、空気対空気熱交換器（プレート熱交換器やチューブ熱交換器など）を通じて、乾燥炉または焼却炉に入る新鮮な空気に伝達されます。
   • アプリケーションシナリオ乾燥炉の燃焼効率を向上したり、燃料消費量を削減するために使用されます。
   • アドバンテージ：燃料需要を直接的に削減し、大幅な省エネ効果を実現します。
   • 場合：自動車塗装ラインでは、焼却炉の排ガスの廃熱を回収して乾燥炉の入口空気を予熱し、10～20%の燃料を節約できます。
2. 加熱プロセス水：
   • プロセス: 排気ガス水熱交換器（排気ガス廃熱ボイラーなど）を介して、排気ガスの熱はプロセス水を加熱したり、温水を生成するために使用されます。
   • アプリケーションシナリオ塗装工場における前処理洗浄、リン酸塩処理などの工程では、大量のお湯が必要になります。
   • アドバンテージ: ボイラーの蒸気または電気加熱の需要を減らし、運用コストを削減します。
3. 暖房または冷房：
   • プロセス：排ガスの廃熱は熱交換器を通して伝熱油や水を加熱するために使用され、その熱は工場建物の暖房や吸収式冷凍機の駆動に使用されます。
   • アプリケーションシナリオ冬には工場を暖房し、夏には作業場を冷やします。
   • アドバンテージ：エネルギーの総合利用率を向上させ、追加エネルギー消費を削減します。
4. 発電：
   • プロセス高温の排気ガスを利用して有機ランキンサイクル（ORC）または蒸気タービンを駆動し、発電します。
   • アプリケーションシナリオ: 排気ガス温度が高く（>300°C）、高熱を伴うコーティングラインに適しています。
   • アドバンテージ: 廃熱を電気エネルギーに変換します。エネルギー集約型企業に適しています。
   • 制限設備投資額が大きく、規模に応じて経済性を評価する必要がある。
5. 焼却炉への返却（RTO/TO）：
   • プロセス：RTO（再生熱酸化装置）またはTO（熱酸化装置）の排ガスの廃熱を回収し、焼却炉に入る排ガスを予熱し、補助燃料の使用量を削減します。
   • アプリケーションシナリオ: VOC廃ガス処理システム。
   • アドバンテージ焼却炉の熱効率を向上させ、運転コストを削減します。

主要装備

• 熱交換器：プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器など
• 蓄熱材RTO システムでは、熱を蓄えたり放出したりするために、セラミック蓄熱体がよく使用されます。
• 制御システム: 排気ガスの温度、流量、熱交換効率を監視して、システムの安定した動作を確保します。

技術的な考慮事項

1. 排気ガス特性：塗装ヒュームにはVOC、粒子状物質、腐食性物質が含まれる場合があるため、熱交換器の耐腐食性、目詰まり防止設計を考慮する必要があります。
2. 熱効率熱交換器の設計では、熱伝達効率を最適化し、熱損失を回避する必要があります。
3. 経済的廃熱回収システムの投資コストと回収期間は、実際の熱規模と利用方法に基づいて評価する必要があります。
4. 環境コンプライアンス: 排気ガス排出が環境保護基準を満たし、廃熱回収が排気ガス処理効果に影響を与えないことを確認します。

実際の事例

• 自動車塗装工場RTO 排ガス廃熱回収システムにより、排ガス熱を利用して乾燥炉の入口空気を予熱し、年間約 50 万立方メートルの天然ガスを節約します。
• 家具コーティングライン：排ガス廃熱ボイラーを利用して温水を生成し、前処理プロセスのニーズを満たし、電気加熱コストを約30%削減します。

開発動向

• 高効率熱交換材料（高温合金、セラミック熱交換器など）の研究と応用。
• インテリジェント制御システムにより、廃熱回収の動的調整能力が向上します。
• 再生可能エネルギー（太陽エネルギーなど）と廃熱回収を組み合わせた統合エネルギーシステム。